小波理論榮獲頂級數學獎

伊夫·梅耶因開發出一項理論而榮獲阿貝爾獎,該理論的應用範圍從觀看電影到探測引力波

法國數學家伊夫·梅耶因在建立小波理論中發揮的“關鍵作用”而榮獲2017年阿貝爾獎。小波理論是一種資料分析工具,其應用範圍從精確定位引力波到壓縮數字電影,無所不包。

該獎項獎金為600萬挪威克朗(約合71萬美元),被譽為數學界的諾貝爾獎。挪威科學與文學院於3月21日宣佈了這一訊息。按照諾貝爾獎的傳統,梅耶是在宣佈當天早上接到電話時才知道自己獲獎的。

“很少有數學發現能像這樣直接影響社會,”應用數學家、梅耶在巴黎高等師範學院的同事讓-米歇爾·莫雷爾說。


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基於小波的計算機演算法是研究人員用來處理、分析和儲存資訊的標準工具之一。它們在醫學診斷中也有應用,例如,可以幫助加快磁共振成像的速度;在娛樂方面,可以將高解析度電影編碼成大小可管理的檔案。

在梅耶於 20 世紀 80 年代開創性的工作(被稱為小波革命)之後,許多學科的教科書不得不進行徹底的改寫,莫雷爾說。

小波是傅立葉分析數學工具包的擴充套件,傅立葉分析以約瑟夫·傅立葉的名字命名,他在 19 世紀開創了這個領域。他發現,複雜的波形可以分解為更簡單的正弦波分量。也就是說,諸如音符或地震訊號之類的資訊可以使用傅立葉技術以緊湊的方式表達。

奧斯陸大學阿貝爾委員會主席、數學家約翰·羅格內斯解釋說,儘管傅立葉的原始公式在數學上很優雅,但它們並不容易應用於許多型別的真實世界資料。傅立葉的技術對於穩定的訊號(例如在小提琴上演奏的連續音符)很有幫助。但是,它們對於篩選嘈雜的資料集以提取瞬態訊號(例如雷射干涉儀引力波天文臺在 2015 年接收到的兩個黑洞碰撞的“啁啾”)效率不高。

在 20 世紀,研究人員開發了使傅立葉分析更適用於地震學等應用的演算法。其中包括可以在有限持續時間內替換正弦波的波形,這是法國地球物理學家讓·莫雷在馬賽 CNRS 於 1981 年發明的。他稱它們為ondelettes——英文為小波。但是,在梅耶進入該領域之前,這些工具沒有傅立葉理論的全部力量。

梅耶於 1982 年在巴黎綜合理工學院(當時他工作的地方)等待影印機時,偶然遇到了莫雷的小波。一位同事正在影印一篇關於莫雷小波的論文,兩人開始交談。

研究函式分析的梅耶非常著迷,以至於他乘坐第一班火車前往馬賽與莫雷及其同事交談。他一夜之間決定改變研究領域。“這就像一個童話故事,”梅耶在 2011 年的採訪中說(參見 go.nature.com/2n71lot)。“我覺得我終於找到了自己的歸宿。”

到 1986 年,梅耶已經建立了第一組至少與傅立葉波一樣強大​​的小波 (P. G. Lemarié & Y. Meyer Rev. Matem. Iberoam. 2,1–18; 1986)。在隨後的幾年裡,在巴黎多芬大學工作期間,他充當了一個由數學家、工程師、物理學家和計算機科學家組成的網路的中心,莫雷爾回憶說,他們似乎每週都有新的發現。

“他與甚至不說同一種數學語言的人交流,”莫雷爾說。“所有這些人都有拼圖的碎片。”

他補充說,“出現了一個很好的、清晰的、通用的理論”,其中包括並改進了用於使傅立葉分析更實用的工具。例如,梅耶的工作表明,為處理訊號而發明的工具可以應用於資料壓縮。

梅耶渴望跨越學科界限的願望源於他在殖民地突尼西亞的熔爐中度過的童年,他在 2011 年的採訪中說,他“痴迷於”想要跨越種族界限。

認識梅耶的人形容他是一個慷慨、正直的人,莫雷爾說。他過著苦行僧般的生活,在辦公室和家之間奔波,他和妻子住在一起,是“最熱情、天真、謙虛的人”。

事實上,在得知自己獲獎後,梅耶說:“我既高興、驚訝又有點內疚。”

本文經許可轉載,並於 2017 年 3 月 21 日首次發表

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